随着大规模储能需求的日益增长，锌离子电池（ZIBs）以其资源丰富、成本低、安全性高、可接受的能量密度等优点被认为是锂离子电池（LIBs）的潜在替代品。

尽管人们一直致力于设计和开发高性能的ZIBs正极和水溶液电解质，但析氢副反应、水蒸发和液体泄漏等诸多挑战严重阻碍了水系ZIBs的发展。开发“超越水溶液（beyond aqueous）”的电解质可以避免由于缺水而产生的上述问题，这有利于高性能ZIBs的发展。

基于此，北京化工大学陈仕谋教授综述了“超越水溶液”电解质的最新研究进展，包括常规有机电解质、离子液体、全固态、准固态电解质和深共晶电解质等。总结了用于ZIBs的“超越水溶液”电解质设计的关键问题和相应的解决策略。

文章要点

1）ZIBs由负极、正极、电解质、隔膜和集电器组成。其中，电解质作为锌离子在循环过程中在电极间传输的介质，对决定电极的工作环境和电池的储能机理起着重要的作用。近年来，水系电解质因其成本低、安全、环保等优点而受到广泛关注。然而，水系电解质也遇到了一系列问题，主要包括：i）窄电化学稳定窗口；ii）锌枝晶与锌负极腐蚀；iii）正极的溶解。为了克服这些问题，人们开发了许多策略，如电极的结构设计和表面涂层、优化电解质、引入电解质添加剂等。虽然这些策略可以在一定程度上缓解这些问题，但它们并不能从根本上解决由于电解质中水的存在而导致的电化学稳定窗口问题。近年来，“超越水溶液”电解质因其优异的氧化稳定性而引起了人们的关注。

2）作者总结了用于ZIBs的主要包括常规有机电解质、离子液体电解质和深共晶溶剂等在内的有机电解质的研究进展。有机电解质具有极高的负极稳定性，因此可以在高工作电压下工作，使其与高电压正极材料兼容。

3）与液态电解液相比，固态电解液具有许多优点：i）可以避免液体泄漏，安全性高，适用于柔性和可穿戴的电子器件；ii）足够的机械强度，不仅能承受极端的外部压力和环境，还能抑制电池内部树枝晶的进一步生长，以延长电池寿命；iii）基于固态电解质的固态ZIB不含枝晶，或者能够减缓枝晶的生长和大多数副反应；iv）组装工艺简单。作者重点总结了用于ZIBs “超越水溶液”的固体电解质（全固态电解质，准固态电解质）的最新进展。

4）作者最后指出，要开发高性能的ZIBs，如何克服或缓解以下“超越水溶液”电解质（常规有机电解质，离子液体电解质，全固态电解质和准固态电解质）的挑战至关重要。

参考文献

Yanqun Lv, et al, Recent Advances in Electrolytes for “Beyond Aqueous” Zinc-Ion Batteries, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202106409

https://doi.org/10.1002/adma.202106409